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清华大学发表合成生物学重要成果：迈出构造镜像生命体征途的关键 已有1人参与
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北京时间5月17日凌晨，Nature Chemistry 杂志在线发表了清华大学朱听团队的最新合成生物学研究成果。他的团队构造出了某一蛋白的镜像版本，该蛋白在两个最基本的生命学过程里行使重要功能：参与复制DNA，并将其转录成RNA。 朱听博士阶段的导师、2009年诺贝尔生理学或医学奖得主、哈佛医学院的分子生物学家Jack Szostak说，这项工作代表着科学家在制作镜像生命形式的路上迈出了“一小步”。他哈佛的同事 George Church认为这项研究成果是了不起的里程碑，他希望有一天能构建出完整的镜像细胞。 许多有机分子是“有手性”的，它们以不可重叠的镜像形式存在，就像左右手的手套那样。但生命却几乎总是使用其中的一个形式，比如细胞利用的是左旋的氨基酸，DNA扭转成的则是如右旋螺丝钉样的结构。 原则上来说，这些分子的镜面版本（looking-glass versions）应以同样的方式与其普通版本一起工作，但它们或可以抵抗那些在镜像世界里还未进化成熟的常规病毒或酶的攻击。 这使镜像生物化学的研究变得有利可图，抱有该希望的公司之一是位于柏林的Noxxon医药公司。它使用繁琐的化学合成方法去制备 短链DNA或RNA的镜像形式，使其结合到体内蛋白质的治疗靶点上以阻断其活性，这类镜像形式被称为“核酸适配体”（aptamers）。该公司目前已有多个镜像适配体候选物，应用在包括癌症在内的人体疾病临床试验中。 镜像适配体不会被体内的酶降解，其功效也可得以加强。Noxxon制药公司的首席科学官Sven Klussmann说，复制镜像DNA的方法为制备镜像适配体提供了一个更容易的途径。 数十年以来研究人员已制备出大量的镜像DNA，所以清华大学的团队可以从化学品供应商那里得到他们所需要的足够多的镜像DNA，并用于他们镜面DNA复制的研究。这类商品例如，目的镜像DNA的一条链、镜像DNA结构单元，和可按正确顺序延伸这些结构单元的较短的镜像“引物”链。 但比较困难的工作是制备与镜像DNA复制过程相配合的镜像酶，即DNA聚合酶，它可能需要使用右旋氨基酸合成得到，但常用的聚合酶有600多个氨基酸，对当前的合成技术来说，该蛋白质太大了。 所以，清华大学的研究团队转向使用已知的最小的聚合酶：只有174个氨基酸的非洲猪瘟病毒聚合酶X。“可能正因为该聚合酶小，它复制DNA的速度也特别的慢。”朱听说，他领导的团队制备出了该DNA聚合酶的镜像版本，发现像它的天然版本那样，在大约四个小时的时间里，它能将12个核苷酸（DNA结构单元）大小的镜像引物延伸成18个核苷酸的镜像DNA链，并在36小时内将其延伸成56个核苷酸的DNA链。 在同一试管内，把该系统的普通版本和镜像版本混合在一起时，两个版本的DNA复制过程可以互不干扰地独立进行。该镜像聚合酶也可以将镜像DNA转录为镜像RNA，其转录速度同样非常缓慢。 Klussmann表示Noxxon医药公司对使用更高效的酶完成类似的目的非常感兴趣。事实上，接下来朱听和他的同事们希望构建出Dpo4聚合酶的镜像结构。该聚合酶由352个氨基酸组成，其DNA复制效率更高。 此外，清华大学的研究人员在他们的论文中试图去探索为什么生命存在“手性”这回事。这依旧是个神秘的领域：它可能仅仅是偶然，也可能是由自然界中广泛存在的根本的不对称性所引发。 佛罗里达州应用分子进化基金会的Steven Benner表示，构建生化生命的镜像形式很难对阐明这个问题有所帮助。几乎所有物理过程 如果在镜子中观察都是相同的，目前已知的只有一个例外，即亚原子物理领域的“宇称不守恒”（parity violation），而这种微小的差异绝不会在这些生化实验中呈现出来。（构建不被天然酶或病毒降解的DNA，Benner也很感兴趣，但他并未使用镜像DNA，他构造的是一种非天然结构单元的人造DNA）。 George Church的构造镜像细胞的终极目标面临着巨大的挑战。自然界中，RNA由核糖体翻译成蛋白质，而核糖体是一类非常复杂的分子机器。 朱听说：“再造核糖体的镜像结构将是一项艰巨的任务。” George Church正试着制备正常核糖体的突变体，使它能够与镜像RNA作用并最终将其翻译成蛋白质。 George Church表示，没有人能知道到底哪种方法能达成目标。但越来越多的研究人员开始从事生化过程的镜面版本的研究。“以前很长一段时间这个领域无人问津，但现在看来已发展的活力十足。” 作者：头条号 / 赛先生 链接：http://toutiao.com/a6285477089727152386/ 来源：头条号（今日头条旗下创作平台） 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 |
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